制動(dòng)梁支柱裂紋故障分析及檢修措施

王顏明

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林 吉林 132002）

1 故障介紹

近年來(lái)隨著列車的提速、重載。貨車弓型制動(dòng)梁支柱裂紋開焊等現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。因使用材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、路況的局限和運(yùn)行狀況的變化及檢修質(zhì)量的欠缺致使該類故障正日益增多。尤其是制動(dòng)梁支柱雙片根部與弓型桿相接方向，基本在便下片裂紋及焊修后復(fù)裂現(xiàn)象頻繁發(fā)生。也相應(yīng)的反映出目前我國(guó)現(xiàn)用制動(dòng)梁材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工藝及定檢焊修后質(zhì)量仍存在較多問題。

2 故障分析

從故障發(fā)生部位來(lái)看，裂紋大多都在制動(dòng)梁支柱根部下片部位。這表明該處的強(qiáng)度較弱或結(jié)構(gòu)不合理。弓型制動(dòng)梁由于支柱與弓型桿頂部進(jìn)行了，比較牢固的焊接，且弓型桿與閘瓦托端部又用補(bǔ)強(qiáng)焊固，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)剛性受力作用較大，抗沖擊的性能較差。制動(dòng)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的合力傳遞沖擊至支柱雙片部位，而這個(gè)部位的強(qiáng)度又最弱，尤其是下片部位，由于制動(dòng)杠桿斜置側(cè)壓（現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為杠桿與支柱下片磨痕較重），在制動(dòng)時(shí)受沖擊力過大，閘瓦托磨耗的原因?qū)е轮苿?dòng)力不均勻時(shí)，使一側(cè)受力較大或梁體及閘瓦托扭曲均會(huì)加大正壓力和側(cè)扭力作用支柱雙片上，從而導(dǎo)致其上部開裂。表現(xiàn)為支柱頂部與弓型桿焊接處開焊。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看。制動(dòng)梁支柱雙片根部焊修質(zhì)量存在許多缺陷和不足。綜合列檢、站修、段修的調(diào)查結(jié)果后看出，焊修后50%的制動(dòng)梁運(yùn)行狀況良好（包括部分制動(dòng)梁支柱下片完全斷裂焊修后，檢查其運(yùn)行情況依然良好），其余50%的制動(dòng)梁支柱仍然強(qiáng)度要求不合格。經(jīng)過分析確認(rèn)主要存在以下幾種情況：

1）制動(dòng)梁支柱在焊修前，該部位未進(jìn)行預(yù)熱處理就開始焊接，導(dǎo)致焊接部位殘余應(yīng)力相對(duì)較大，使材料的塑性變形能力差；

2）焊修施焊方式及工人操作不當(dāng)，在未開坡口或消除裂紋就開始焊修。還有就是在焊接時(shí)錯(cuò)誤的操作從裂紋的頭部向尾部焊接；

3）焊接時(shí)焊縫質(zhì)量不高，存在焊波表面不均勻及連接性差，并有夾渣、氣孔、咬邊及未焊牢，表面無(wú)增強(qiáng)焊波，存在隨意點(diǎn)焊現(xiàn)象；

4）焊接時(shí)電流和焊條搭配不當(dāng)，導(dǎo)致焊接處焊縫不牢固。

從材料和結(jié)構(gòu)方面來(lái)看。制動(dòng)梁支柱材料為ZG230—450型鋼。由于鑄造性能不夠理想，縮孔較大，容易形成分散縮孔，并且流動(dòng)性差，偏析嚴(yán)重。在鑄態(tài)時(shí)常出現(xiàn)特有的魏氏組織，其特點(diǎn)為鐵素體，沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)，使鑄鋼塑性、韌性大為降低。此外，由于鑄鋼冷卻迅速，內(nèi)應(yīng)力較大，所以這些鑄造缺陷必須通過熱處理來(lái)消除。如果鑄造缺陷較突出或熱處理（退火或正火）過程中不理想，可導(dǎo)致制造初始材料就存在缺陷。

另外，現(xiàn)場(chǎng)觀察制動(dòng)梁支柱杠桿移動(dòng)孔多數(shù)孔基本呈長(zhǎng)方形，孔的邊緣相接處呈直角過渡，過渡處表面粗糙，不圓滑甚至有些還存在缺陷。又由于直角邊緣壁厚斷面呈斜切狀由厚到薄過渡，從而導(dǎo)致制動(dòng)梁支柱孔處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中及形成抵抗沖擊薄弱區(qū)域，成為裂紋經(jīng)常出現(xiàn)的突破口。

車輛定檢時(shí)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的檢修不當(dāng)也是促成該類故障頻繁發(fā)生的原因。具體表現(xiàn)為：未嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求。制動(dòng)梁體與閘瓦托扭曲、變形及杠桿、銷孔閘瓦托磨耗超限等故障，未按照要求進(jìn)行檢修及進(jìn)行裝配，各部位給油潤(rùn)滑的情況執(zhí)行的欠缺，導(dǎo)致制動(dòng)梁制動(dòng)時(shí)扭曲憋勁，使支柱片根部受力過大而產(chǎn)生裂紋。

此外，因修程原因該類故障在輔修及臨修時(shí)，可能出現(xiàn)有現(xiàn)車焊修的現(xiàn)象，由于該部位位置偏下，作業(yè)空間狹小不易焊修，導(dǎo)致焊修操作不規(guī)范，焊接后產(chǎn)生的缺陷較多，質(zhì)量不高，運(yùn)用時(shí)必然出現(xiàn)焊修處復(fù)裂的現(xiàn)象。

3 故障診斷及檢修措施

制動(dòng)梁支柱是鑄鋼支柱。支柱圓銷孔邊緣及杠桿彎曲處容易產(chǎn)生裂紋。現(xiàn)場(chǎng)列檢在檢查制動(dòng)梁支柱時(shí)，應(yīng)由車軸上方探身檢查；對(duì)制動(dòng)梁支柱下端檢查時(shí)，應(yīng)探身車軸下方仰視檢查。在檢查中，如發(fā)現(xiàn)裂紋幾痕跡（例如紅銹粉）時(shí)，一時(shí)判斷不清，可將痕跡輕輕摸去，用檢查錘敲振，如痕跡再次出現(xiàn)，則為支柱裂紋無(wú)疑，應(yīng)馬上通知值班員扣車實(shí)施修理。

根據(jù)以上的故障分析的情況，提出以下改進(jìn)建議。

1）制動(dòng)梁制造源頭上做起的改進(jìn)建議：

①認(rèn)真執(zhí)行鑄造工藝，盡量消除鑄造缺陷，并嚴(yán)格執(zhí)行制造后對(duì)梁體進(jìn)行熱處理的操作規(guī)定。

②適當(dāng)加大制動(dòng)梁支柱雙片的壁厚，從而保證其強(qiáng)度的要求。

③在鑄鋼的鑄造性能不佳情況下，必須加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鑄造結(jié)構(gòu)上改變支柱杠桿移動(dòng)孔的粗糙程度，孔型最好接近“O”型；孔邊直角過渡應(yīng)改為圓角過渡，過渡的半徑選R8mm－R10mm之間的數(shù)值；該處壁厚應(yīng)消除（鑄造或加工）斜切的直角斷面形式，防止應(yīng)力集中及抗沖擊性能較弱的情況。

2）從焊修工藝上做的改進(jìn)建議：

①定檢焊修時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊補(bǔ)工藝流程，做到焊前預(yù)熱，并且預(yù)熱溫度要達(dá)到要求（保持在50攝氏度以上）。

②焊接操作時(shí)，先對(duì)裂紋部位開坡口的切除操作。開焊部位應(yīng)將原焊波清除，然后從裂紋末端起逆向施焊。焊接時(shí)應(yīng)注意電流的大小以及起電落弧，保證焊接時(shí)要焊透，焊層均勻牢固并要有增強(qiáng)焊波。同時(shí)要避免和盡量消除夾渣、氣孔、咬邊、未焊透等缺陷出現(xiàn)。一但出現(xiàn)以上幾種情況應(yīng)當(dāng)切除重焊。以避免運(yùn)行時(shí)故障的發(fā)生。

③焊后對(duì)孔邊緣要進(jìn)行圓角過渡處理，焊波也打磨圓滑。

④具體的焊修標(biāo)準(zhǔn)：鑄鋼的制動(dòng)梁支柱裂紋或磨耗大于3mm時(shí)焊修，焊波須高于基準(zhǔn)面2mm；支柱孔磨耗大于2mm時(shí)應(yīng)擴(kuò)孔鑲套，原襯套磨耗超限、松動(dòng)或有裂紋時(shí)應(yīng)更換新的襯套；支柱裂紋大于30mm或支柱孔裂至邊緣時(shí)應(yīng)更換支柱；支柱新焊接時(shí)，須距槽鋼翼板頂部向下5～8mm處起焊修。支柱與槽鋼進(jìn)行焊接時(shí)，因槽鋼腹板頂部處的焊接工況較差，焊接時(shí)易在槽鋼腹板頂部處產(chǎn)生咬肉等焊接缺陷，從而造成使用中該處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生，影響制動(dòng)梁的運(yùn)行情況。因此支柱與槽鋼焊接時(shí)，距槽鋼腹板頂部5－8mm處不進(jìn)行焊接。

3）禁止在未分解制動(dòng)梁的情況下現(xiàn)車焊修。

由于在《鐵路貨車站修規(guī)程》中對(duì)支柱裂紋施焊未做出明確的規(guī)定，故建議在規(guī)定中補(bǔ)充如下內(nèi)容：“在輔修或臨修時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)梁支柱裂紋時(shí)應(yīng)更換制動(dòng)梁，卸下的故障制動(dòng)梁應(yīng)異地修理。并嚴(yán)格按工藝要求集中焊修。”

4）嚴(yán)格執(zhí)行制動(dòng)配件的檢修及裝配工藝。落實(shí)制動(dòng)梁滑槽與各部銷孔的給油要求，以保證列車在運(yùn)行中制動(dòng)時(shí)各部件的正常作用。減輕各部間的因磨擦而代來(lái)的磨耗程度。防止產(chǎn)生制動(dòng)部件卡滯、扭轉(zhuǎn)的造成的對(duì)制動(dòng)梁支柱片根部的非正常磨耗和超負(fù)核作用。

［1］嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].中國(guó)鐵道出版社，1992.

［2］張中央.車輛制動(dòng)裝置[M].中國(guó)鐵道出版社，2000.

［3］鐵道車輛制動(dòng)工程[M].中國(guó)鐵道出版社，2006.

［4］鐵路機(jī)車車輛[M].中國(guó)鐵道出版社，2008.